基于STM32的农业智能小车设计

不能实时获取农作物生长环境状况，不适用于现代农业的发展需要。

本设计运动控制系统以STM32为控制器，根据红外传

感器的反馈的信号调整方向，按照黑色路线行驶，通过烟雾传感器和火焰传感器对农田环境进行实时检测，在传感器检测到火焰或烟雾时，立刻通过通讯模块将报警信息发送给用户，做到更快速、及时的发现火情。

图1 系统总体框图

1 农业智能小车的硬件设计

■1.1 总体结构

本产品主要以六个部分组成，如图1所示，控制器选

用STM32F103ZET6，芯片尺寸是32位，速度是72MHz，程序存储器容量是256KB，程序存储器类型是FLASH,RAM 量是48K。以及火焰传感器模块，烟雾传感器模块，红外传感器模块，电机模块，SIM808模块。SIM808模块是集GPS、GPRS、GSM 三个模块功能于一体的模块。硬件电路

图如图2所示。 ■1.2 红外循迹模块

循迹功能主要由红外传感器实现。每个传感器的红外发被检测对象时，红外接收管始终处于关闭状态。当它出现在探测范围内时，红外线被反射回来，强度足够强。红外接收管打开[1]。此时，模块的TTL 输出为低电平，指示二极管亮起。控制器读取到红外传感器传回来的值即可做出相应运动状态的改变，保证指定路线道路颜色较浅，再铺设一条黑线即可。

图2 硬件电路图

根据红外寻迹模块传感器采集的信号获取小车与设定

路线的位置关系，然后根据电机转速的不同来调整小车转向和弧度，使小车沿着设定的路线行驶。 ■1.3 火焰传感器

火焰传感器主要用于检测附近有无火焰的存在，火焰传

感器对火焰极为敏感，对普通光源也是有反应的，但是模块在环境火焰光谱或者光源达不到设定阈值时，D0口输出高电平，不会发生报警，当外界环境火焰光谱或者光源超过设

定阈值时，模块D0输出低电平；发出报警信号[2]。 ■1.4 烟雾传感器

烟雾传感器模块主要用于检测周围空气中烟雾的存在。

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智能应用

当传感器环境中存在烟雾时，传感器的电导率随着空气中烟雾浓度的增加而增加。通过简单的电路，电导率的变化可以转换成对应于气体浓度的输出信号[3]。当环境烟雾未达到阈

值时，DO 端口输出高电平。当环境烟雾超过预定值时，模

块D0输出低电平，发出报警信号。 ■1.5 通讯模块

该模块通过IP 地址进行GPRS 数据传输，绝大多数路由器的出厂默认设置情况下，都是禁止路由器外部网络向内部网络发起连接请求的，因此在网络环境下使用了路由器的情况下，需要对路由器进行端口映射配置。端口映射配置就是设置路由器允许通过特定的外部端口发起向内网的某台电脑的连接。GPS 收到的定位数据通过GPRS 通过TCP 的方式发送到服务器上，因此在电脑上下载一个软件助手，建立一个TCP 服务器，进行端口号配置，SIM808模块通过

发送AT 指令，电脑端就能实时收到GPRS 传输过来的定位信息。

SIM808模块包含了GPS、GPRS、GSM 三个功能，集

成度高，适用范围广。主要用于GPS 定位，获得小车的定

位信息，通过GPRS 和建立TCP 服务器，每隔5秒实时传输小车的定位信息到电脑端，通过GSM 向用户手机发送预

警短信。各个部分的功能通过程序编写相联系起来，从而实现产品的最终功能，通过STM32来处理和执行。 ■1.6 电机控制模块

使用PID 控制算法进行闭环控制。如果在某一时刻左

侧检测到黑线，则必须向左转;如果向右检测到黑线，则必须向右转。偏置越多，拐角在黑线方向上角度越大。这就是比例控制[4]。

因为小车有惯性。如果黑线偏左，表示小车向右偏了，

需要向左调整方向，等到小车再一次返回中心位置后，方向再次打正，由于惯性，小车会冲过黑线，车身会偏左，再次

向右方向调整，几次调整后，就会摆正车身。为了克服惯

性，除了当前的位置信息之外，还需要知道之后路径的变化趋势。可以用黑线位置的微分值来提前获取变化趋势。用本次位置减去上次位置求出差值，就大概得知偏移量的转变趋向。将该差值与比例相加后一起作为控制量，即可实现提前控制，即PD 控制[5]。

2 软件设计

红外传感器，火焰传感器，烟雾传感器的信息传输方

式都是将检测到的模拟量最终转化为TTL 电平，STM32通过IO 口读取传感器发送的高低电平来执行相应的指令。信息传输方式都是将检测到的模拟量最终转化为TTL 电平，

STM32通过读取传感器的高低电平来执行相应的指令。软

件设计流程图如图3所示。

图3 软件流程图

3 结果分析

根据本设计制作的农业智能小车模型如图4所示。经

由模拟相应的条件对各功能做了逐一测试。

图4 农业智能小车

■3.1 红外传感器测试

在铺有黑色胶布轨迹的路面上，小车根据按照黑色胶布

的轨迹行驶，在转弯出也会自动调整电机速度，使得车身调转为相应的角度。小车根据红外传感器反馈的信号判断是否

过弯道，再自动降低速度，以避免车体完全偏离黑色路线。在小车偏离轨道时，通过实验，在偏离范围在20cm

以内，小车会自动寻找黑色轨迹，驶回轨道，继续按照原轨迹行驶。

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5 结语与展望

本文通过对基于深度学习算法的概念性引入和介绍，讲述一种采用ASR识别前端+TTS合成后端的方法思路构建的一种全新的语音到语音的实时变声算法原理。该全新设计表现出了非常好的合成转换效果和实时性。进一步，我们采用了全国产化芯片的硬件设计构架，实现了一个低成本、高性价比的实时(非实时)变声硬件设计。并且通过一体化完善的软件设计，能够满足实时和非实时2中业务共存的一种产品实现。虽然只是个样例产品，但是可以举一反三，在更多

与技术国家实验室（筹）,2007:5.

＊ [4]屠彦辉. 基于DNN分离的目标语音段检测方法[A]. 中国中文信息学会语音信息专业委员会.第十三届全国人机语音通讯学术会议(NCMMSC2015)论文集[C].中国中文信息学会语音信息专业委员会:清华信息科学与技术国家实验室(筹),2015:5.

＊ [5]陈燕.语音合成技术及其在嵌入式领域的应用[J].电子设计技术,2002(05):58.

＊ [6]Gabriel Trierweiler Ribeiro,Viviana Cocco Mariani,Leandro dos Santos Coelho. Enhanced ensemble structures using wav elet neural networks applied to short-term load forecasting[J]. Engineering Applications of Artificial Intelligence,2019,82.

■3.2 烟雾传感器和火焰传感器测试

在小车行驶的过程中，对小车四周的环境进行火焰和烟雾的模拟，小车的蜂鸣器发出报警，同时停止运动。■3.3 通讯模块测试

小车停止后，由SIM808模块通过GSM给指定用户手机号码发送报警短信，同时通过TCP进行GPRS数据传输，电脑就会接到相应的位置信息。

4 结束语

本文设计的农业智能小车可以节省人工成本，但是人工对农作物的环境经行监管。当设定好黑色路线后，小车通过红外传感器就会按照既定路线行驶，同时小车上安装的烟雾传感和火焰传感器，实现了对农田的实时监控。在发现火焰的情况下，快速报警。

参考文献

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＊ [2]来清民.传感器与单片机接口及实例[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

＊ [3]于相洋.基于多传感信息融合的火灾预警技术研究[D].杭州电子科技大学,2012

＊ [4]王晓明.电动机的单片机控制[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.

＊ [5]彭勃,杨忠权,高易旋瀚.改进型GTS1A型探空仪浅析[J].科技视界,2013,20(8):48

（上接第25页）

（上接第65页）

环利用率，节省成本。

参考文献

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2015.01

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＊ [3]孙津平.数字电子技术（第三版）[M].北京：西安电子科技大学出版社，2012.07.

40 | 电子制作 2019年08月